BR102019024935A2 - duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis - Google Patents

Abstract

A presente invenção está relacionada a um duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis compreendo pelo menos uma parede divisória (1) longitudinal de formato helicoidal, em que a parede divisória (1) divide o espaço interior do duto (5) em pelo menos duas câmaras (2) longitudinais de formato helicoidal.

Description

DUTO COALESCEDOR PARA TRANSPORTE DE FLUIDOS QUE COMPREENDEM PELO MENOS DUAS FASES IMISCÍVEIS CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a técnicas de produção de petróleo. Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a técnicas de transporte de petróleo produzido através de dutos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] No atual estado da técnica, na indústria do petróleo, é muito comum o escoamento de um fluido ser constituído por dois componentes imiscíveis, como a água e o óleo. Na maioria dos casos deseja-se que estes dois componentes escoem sem que ocorra uma emulsificação pronunciada, ou seja, sem que um deles se divida em pequenas gotas e se torne disperso na outra fase.

[0003] O problema descrito é especialmente importante quando o fluido em questão é transportado em dutos entre etapas subsequentes de seu processamento industrial. Nesses casos, quando a dispersão ocorre temos a formação de uma emulsão que dificulta o tratamento do fluido, ou seja, a separação de água e óleo.

[0004] Assim, seria muito interessante que a indústria do petróleo compreendesse um acessório que fosse capaz de propiciar o crescimento das gotas da fase dispersa de modo a diminuir a estabilidade desta emulsão, favorecendo assim seu tratamento nos equipamentos destinados para este fim.

[0005] É possível encontrar no estado da técnica alguns documentos que descrevem propostas com o objetivo de solucionar o problema descrito. Esses documentos serão apresentados a seguir.

[0006] O documento CA2661579A1 revela um método para a separação de betume aquoso contendo uma suspensão de óleo e areia que envolve expor a suspensão a um escoamento em um duto helicoidal, gerando uma força centrífuga de modo a prover a separação do betume aquoso.

[0007] No entanto, dutos como o descrito não podem ser utilizados em uma série de aplicações, em especial que possuam espaço limitado.

[0008] O documento WO2014047527A2 revela um tubo de pressão auto-regulável para o transporte de fluidos e separação de partículas que compreende aletas arqueadas espaçadas incluindo uma primeira extremidade que está fixamente ligada à parede interior cilíndrica do tubo e uma segunda extremidade que se estende para dentro do duto.

[0010] Segundo tal documento, o conjunto de aletas arqueadas é fixada a parte interior do tubo de modo a gerar um vórtice no fluido, aumentando a velocidade tangencial do fluido, propiciando a separação de líquidos imiscíveis presentes no fluido.

[0011] Fica claro que o tubo revelado pelo WO2014047527A2 só consegue regular a pressão no interior do tubo porque suas aletas têm um comprimento de aproximadamente 1/4 do diâmetro do tubo, e são fixadas na parede e dispostas longitudinalmente de modo helicoidal apenas a fim de proporcionar rotação na porção de fluido que se encontra mais próxima à parede.

[0012] Esta rotação, forçada pela trajetória helicoidal das aletas, provê a rotação da porção de fluido no núcleo do dispositivo, que por sua vez escoa livre da presença de paredes, formando um vórtice. É este vórtice no interior do tubo, de pressão variável, que confere a característica de regulação da pressão do dispositivo.

[0013] O documento US3423294A é direcionado a um processo de formação de um anel contínuo de fluido adjacente a uma superfície de tubo. Para tal, é prevista uma aleta em espiral no interior do duto. Assim, assegura-se que fluido de menor densidade flua em um vórtice criado pela aleta.

[0014] No entanto, o vórtice gerado em ambos os casos citados é responsável por formar uma zona de pressão variável no interior do dispositivo, o que tem forte tendência a cisalhar as gotas que estão se deslocando nesta região, ameaçando romper sua integridade e, portanto, transformando-as em gotas menores. Esta característica pode favorecer a formação de uma emulsão, o que é exatamente o que se deseja eliminar nas situações descritas.

[0015] Portanto, como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção tem por objetivo prover um aparato mecânico para transporte de fluidos que compreendem fases imiscíveis que favoreça a coalescência, através, por exemplo, da indução de giro ao fluido de modo que o campo centrífugo criado contribua para a coalescência das gotas e posterior separação dos componentes da emulsão, em que a geração de vórtice seja evitada.

[0017] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis compreendo pelo menos uma parede divisória longitudinal de formato helicoidal, em que a parede divisória divide o espaço interior do duto em pelo menos duas câmaras longitudinais de formato helicoidal.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0019] A figura 1 ilustra uma configuração opcional do duto coalescedor da presente invenção.

[0020] A figura 1a ilustra uma vista lateral do duto ilustrado na figura 1.

[0021] As figuras 2a, 2b, 2c e 2d ilustram configurações opcionais do duto coalescedor da presente invenção em que diferentes passos são adotados para a pelo menos uma parede divisória longitudinal de formato helicoidal.

[0022] A figura 3 ilustra uma vista esquemática em corte seccional de uma configuração opcional do duto coalescedor da presente invenção.

[0023] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de um duto coalescedor em que é ilustrada uma sequência de seções transversais do duto.

DESCRICÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0025] A presente invenção se refere a um duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis. Em especial, a invenção pode ser aplicada em diversas etapas de um processo de produção de petróleo, desde a extração até o transporte entre etapas do processamento industrial deste fluido, em que o fluido extraído de um poço compreende óleo e água, líquidos imiscíveis. No entanto, como largamente conhecido, esse fluido pode compreender adicionalmente uma fase gasosa e partículas sólidas (impurezas).

[0026] Assim, o objetivo principal da invenção é fazer com que o escoamento do fluido no interior do duto coalescedor propicie a coalescência deste fluido, fazendo com que as fases de óleo e água se aglutinem, o que facilita sua separação e consequente processamento.

[0027] Em uma configuração de particular relevância, o duto coalescedor que será descrito é aplicado conectando um separador gravitacional a um equipamento de tratamento de emulsão, como tratadores eletrostáticos, hidrociclones, dentre outros.

[0028] Assim, o intuito da invenção é o de remodelar o interior de dutos retos que transportam fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis, como os dutos que ligam um separador gravitacional ao um tratador de emulsão, inserindo no espaço vazado desses dutos retos um dispositivo mecânico que induz continuamente giro à emulsão que o atravessa.

[0029] Para tal, a invenção provê um duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis compreendo pelo menos uma parede divisória longitudinal de formato helicoidal, em que a parede divisória divide o espaço interior do duto em pelo menos duas câmaras longitudinais de formato helicoidal.

[0030] A figura 1 ilustra uma configuração opcional do duto coalescedor da presente invenção. A figura 1a ilustra uma vista lateral do duto ilustrado na figura 1. Em ambas as figuras, assim como em outras figuras que serão apresentas neste relatório, a parede 3 do duto 5 é ilustrada em uma forma translúcida para permitir a observação de seu interior e da pelo menos uma parede divisória 1 longitudinal de formato helicoidal.

[0031] Opcionalmente, a pelo menos uma parede divisória 1 helicoidal se estende continuamente desde um ponto na parede 3 do duto 5 até um ponto na parede 3 do duto 5 diametralmente oposto ao primeiro. Assim, o duto coalescedor 5 proporciona um “movimento de corpo rígido” para a porção de fluido que escoa pelo duto 5 bem como um deslocamento radial das partículas mais densas desde o centro do tubo até à parede 3 do duto 5, pelo efeito centrífugo gerado pela formação helicoidal das câmaras.

[0032] Assim, as fases imiscíveis do fluido, que compreendem diferentes densidades, tendem a se separar ao escoar pelo duto 5, de modo que a fase com densidade mais baixa tende a se concentrar na porção radialmente mais central do duto 5. Por sua vez, a fase de fluido com densidade mais alta tende a se concentrar na porção radialmente mais externa do duto (próximo à parede 3 do duto 5).

[0033] É importante pontuar que cada parede divisória 1 pode compreender um passo fixo, ou um passo variável, ou seja, o ângulo que a parede divisória 1 é torcida pode ser fixo ou variável. Adicionalmente, o passo pode ser mais curto ou mais longo, dependendo das necessidades de cada aplicação.

[0034] Como é de conhecimento amplo, a variação do passo irá determinar se o movimento centrífugo proporcionado no fluxo será de maior ou menor intensidade. Essa intensidade da força centrípeta gerada irá determinar a intensidade da separação das fases do fluxo.

[0035] As figuras 2a, 2b, 2c, e 2d ilustram configurações opcionais do duto coalescedor 5 da presente invenção em que diferentes passos são adotados para a pelo menos uma parede divisória 1 longitudinal de formato helicoidal. Como largamente sabido, quanto menor o passo do movimento helicoidal da parede divisória 1, maior será a aceleração centrífuga gerada no fluido que é deslocado em seu interior.

[0036] Portanto, a escolha do passo pode ser variável de acordo com a aplicação e de acordo com a aceleração que se deseja imprimir ao fluido. Assim, essa característica deverá ser definida pelo técnico responsável em cada aplicação desta invenção.

[0037] Em configurações opcionais, mais de uma parede divisória 1 helicoidal pode ser adotada. A figura 3 ilustra esquematicamente uma vista em corte seccional de uma configuração de duto coalescedor 5 em que são adotadas quatro paredes divisórias 1, formando oito câmaras 2 helicoidais. Nessa configuração são formadas câmaras 2 longitudinais helicoidais com seção transversal formada por duas paredes divisórias 1 em Ve a parede 3 do duto 5.

[0038] Nesta configuração, cada parede divisória 1 se estende de um ponto da parede 3 do duto 5 até um ponto oposto da parede 3 do duto 5, dividindo a seção do duto em duas metades.

[0039] Observa-se claramente que cada câmara 2 helicoidal está completamente isolada com relação às demais.

[0040] FIG 4 ilustra uma vista esquemática de um duto coalescedor 5 em que é ilustrada uma sequência de seções transversais do duto 5. Nesta figura, uma câmara 2’ longitudinal é destacada de modo a ser possível observar o deslocamento induzido ao fluido pelas paredes divisórias 1. Observa-se que a linha de trajetória do fluido em cada câmara 2’ longitudinal tem um formato helicoidal o que favorece a coalescência.

[0041] Também nessa configuração, fluidos de densidade mais baixa tendem a se concentrar na região mais central do duto, ou seja, escoam ao longo de cada canal em V formado pelo encontro das paredes divisórias 1 mais ao centro do duto coalescedor 5. Por sua vez, as gotas do fluido com densidade mais alta escoam próximo à parede 3 do duto 5 devido ao efeito centrífugo.

[0042] A existência de várias paredes divisórias 1 em espiral dispostas longitudinalmente, ao invés de apenas uma parede divisória em espiral 1, aumenta significativamente a estabilidade do filme líquido formado na parede 3 do duto 5, justamente por diminuir a quantidade de filme líquido no interior de cada câmara 2 em espiral.

[0043] Outra vantagem da invenção em vista do estado da técnica consiste no fato de que, uma vez que todas as paredes helicoidais 1 estendem-se continuamente desde um ponto na parede do tubo 3 até o ponto diametralmente oposto, não é possível formar um vórtice na região central do dispositivo.

[0044] Na verdade, como já descrito, é gerado um movimento de corpo rígido para a porção de fluido que escoa na direção axial ao duto 5 bem como um deslocamento radial das partículas menos densas desde o centro do tubo até às paredes 3 do duto 5, pelo efeito centrífugo gerado pela conformação helicoidal das câmaras 2 longitudinais formadas pelas paredes divisórias 1.

[0045] Desta forma, um grande problema encontrado no estado da técnica é evitado, uma vez que o vórtice gerado nos dispositivos encontrados no estado da técnica existe uma forte tendência a cisalhar as gotas que estão se deslocando na região central, ameaçando romper sua integridade e, portanto, boicotando o objetivo primário da invenção, ou seja, formando uma emulsão.

[0046] É importante ressaltar que o fato de a pelo menos uma parede divisória 1 helicoidal dividir o duto 5 em pelo menos duas câmaras 2 isoladas, faz com que o fluido que se desloca em cada câmara 2 fique completamente isolado do fluido que se desloca nas outras câmaras, permitindo uma maior capacidade de separação dos fluidos de diferentes densidades.

[0047] Assim, fica claro que a invenção ora descrita soluciona de modo inédito os problemas do estado da técnica a que se propõe, a saber, prover um duto coalescedor 5 que possibilite a coalescência de um fluido que compreende pelo menos duas fases imiscíveis, sem que seja gerado um vórtice no interior deste duto 5.

Claims (6)

1. Duto coalescedor para transporte de fluidos que compreendem pelo menos duas fases imiscíveis caracterizado por compreender pelo menos uma parede divisória (1) longitudinal de formato helicoidal, em que a parede divisória (1) divide o espaço interior do duto em pelo menos duas câmaras longitudinais (2) de formato helicoidal.
2. Duto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o duto coalescedor ser aplicado conectando um separador gravitacional a um equipamento de tratamento de emulsão.
3. Duto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por, em cada seção transversal do duto (5), a pelo menos uma parede divisória (1) helicoidal se estender desde um ponto na parede (3) do duto até um ponto na parede (3) do duto diametralmente oposto ao primeiro.
4. Duto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender uma pluralidade de paredes divisórias (1) longitudinais de formato helicoidal, em que as paredes divisórias (1) dividem o espaço interior do duto (5) em uma pluralidade de câmaras (2) longitudinais de formato helicoidal, em que as câmaras (2) longitudinais helicoidais compreendem uma seção transversal formada por duas paredes divisórias emVea parede (3) do duto.
5. Duto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a pelo menos uma parede divisória (1) longitudinal de formato helicoidal compreender um de: passo fixo; e passo variável.
6. Duto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por cada câmara (2) longitudinal ser fluidicamente isolada.

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